作者：楊元喜,，中國科學院院士，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)副總設計師。楊元喜1956年7月出生于江蘇泰縣,，先后主持完成“2000國家GPS大地控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理工程”和“全國天文大地網(wǎng)與空間網(wǎng)聯(lián)合平差工程”,。楊元喜的2項成果獲國家科技進步二等獎,；2011年獲“何梁何利基金科學與技術進步獎——地球科學獎”,。他所從事的研究工作，大幅提高了航天器,、艦船和車輛導航定位的速度和精度,，為我國建立從深空到深海的全域定位導航授時服務體系奠定了理論基礎。
2020年初,，新冠肺炎疫情暴發(fā),。在危難時刻，北斗系統(tǒng)火線馳援武漢市火神山,、雷神山兩大醫(yī)院建設,，它用高精度技術優(yōu)勢，實現(xiàn)了多數(shù)測量工作的一次性完成,，為醫(yī)院建設節(jié)省了大量時間,，保障了抗疫“主陣地”建設的迅速完成，顯示出北斗的智慧和力量。目前,，國產(chǎn)北斗基礎產(chǎn)品已出口120多個國家和地區(qū),，基于北斗的土地確權、精準農(nóng)業(yè),、數(shù)字施工、智慧港口等應用,，已在東盟,、南亞、東歐,、西亞,、非洲等地區(qū)成功落地。
前有美國的GPS,，歐洲的伽利略,，俄羅斯的格洛納斯，我國為什么還要集結400多家單位,、30余萬名科研人員,，幾十年磨一劍，打造自己的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng),？
自主可控,，再難也要上
上世紀90年代，美國GPS,、俄羅斯格洛納斯已完成全球組網(wǎng),，牢牢占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢。掌握了時間和空間,，就控制了一個國家最重要的基礎信息,。1993年7月，中國“銀河號”貨輪行駛至印度洋時,，遭遇所在海域的GPS服務系統(tǒng)被故意關閉的狀況,，被迫在公海停滯了三周。復雜多變的國際局勢,，讓我們愈發(fā)強烈地意識到,，擁有自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)對維護國家安全、保障經(jīng)濟社會發(fā)展是何等重要,。1994年,，中國獨立運行、自主建設的衛(wèi)星導航系統(tǒng)——北斗正式啟動建設,。但是由于起步較晚,，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)面臨著必須創(chuàng)新的巨大壓力，沒有新的設計、沒有新的功能,，北斗就沒有應用市場,。
北斗建設者想建成獨立自主的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，必須標新和立異,。標新是要追求性能的高效,，立異是為了讓功能更豐富、更有特色,。對北斗建設者來說,，無論是標新還是立異，都要求建設的這個系統(tǒng)有用,、好用,、管用。所以,，北斗人在這樣的挑戰(zhàn)下,，做了很多創(chuàng)新性的設計。
“北斗一號”解決了中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)從無到有的一次飛躍,，實現(xiàn)了短報文通信,，當時只是120個漢字，可是這120個漢字對很多用戶來說是極其重要的,。北斗系統(tǒng)的短報文服務,，是其他全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)所不具備的。特別是在災區(qū)通信中斷,、電力中斷的緊急情況下,，仍然可以使用衛(wèi)星信號傳輸信息、發(fā)送短信,，實現(xiàn)通信和定位,。2008年5月12日汶川大地震，災區(qū)的手機通信基站被破壞,，有線,、無線通信全部中斷，地震災區(qū)瞬間成為信息孤島,，外界無法及時獲得震區(qū)的受災情況,。配備了上千臺北斗用戶終端的救援隊伍陸續(xù)進入災區(qū)，打開了災區(qū)與外界的通信通道,。北斗短報文成為震區(qū)當時唯一的通訊方式,，不僅將災情信息傳遞出來，還對受災狀況進行定位,，為救援和救災物資的輸送提供導航,。在指揮部和救災一線之間架起了有效的信息橋梁,，大大提高了救援的效率。
2012年12月27日建成的“北斗二號”衛(wèi)星導航系統(tǒng),，由14顆衛(wèi)星組成,，其中有5顆地球靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜軌道衛(wèi)星,，另有4顆中圓軌道衛(wèi)星,，可以覆蓋中國以及亞太地區(qū)。“北斗二號”解決了從境內(nèi)到亞太,、局部到區(qū)域的導航定位問題,；從有源定位到無源定位的問題。不需要發(fā)射信號也能定位,，這是“北斗二號”一個重要的突破。2020年6月23日,，“北斗三號”的最后一顆地球靜止軌道衛(wèi)星發(fā)射成功,，標志著北斗全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)圓滿完成了星座部署，成為迄今為止我國規(guī)模最大,、覆蓋范圍最廣,、服務性能最高、與人民生活關聯(lián)最緊密的巨型復雜航天系統(tǒng),，并躋身世界四大全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)行列,，正式向全球用戶提供全天候、全天時,、高精度定位導航和授時服務,。
功能之豐富，問鼎全球
北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是目前功能最豐富的系統(tǒng),，不是之一,，而是之最。
為飛機保駕護航,。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng),，在提供導航定位授時的同時，提供了星基增強,，為民航用戶提供精密進近所需的所有要素,，包括完好性信息，衛(wèi)星的健康信息,，所有信號的健康信息,。國際上很多國家都有星基增強，美國叫WAAS（廣域增強系統(tǒng)）,，歐盟叫EGNOS（歐洲地球靜止導航重疊服務）,，它們都需要重新租用衛(wèi)星來播發(fā)星基增強的信息,，通過若干個地面跟蹤站、地面監(jiān)測站,，來監(jiān)測各個星座,、衛(wèi)星的健康狀況。但是,，我們就在北斗的同步衛(wèi)星的星座上,，把星基增強信息播發(fā)給民航用戶，這樣用戶可以非常方便地在接收北斗信號的同時,，把增強信號接收下來,。目前可以提供北斗雙頻、GPS雙頻的增強服務,。未來我們承諾可以為全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供雙頻多系統(tǒng)的增強服務,。
無網(wǎng)定位照樣精準。“北斗三號”提供的精密單點定位,，不需要通過網(wǎng)絡,。這個精密單點定位說起來并不新鮮，因為國際GNSS全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)服務組織,，已經(jīng)在全球構建了若干個監(jiān)測站,，它把精密軌道和各個衛(wèi)星的精密鐘差放到網(wǎng)上，用戶想得到高精度定位,、高精度授時,，可以從互聯(lián)網(wǎng)上下載高精度的軌道和高精度的衛(wèi)星鐘差。但北斗可以利用同步衛(wèi)星,，把精密軌道,、精密鐘差直接免費播發(fā)給用戶，不需要互聯(lián)網(wǎng),，目前可以在中國的周邊地區(qū),、中國境內(nèi)提供精密單點定位服務。
幾米之內(nèi)精準搜救,。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是按照國際海事組織的相關標準進行建設的,，可以提供全球國際搜救服務，其中6個衛(wèi)星有搜救載荷,，還加了一個返向鏈路功能,。這個返向鏈路就是一旦用戶遇到緊急情況需要搜救，只要地面搜救中心收到信息,，會馬上告訴求助人收到他的信息,，甚至會告知最近的搜救隊距離大概多遠，多長時間能夠搜救到他,。這對被搜救的人來說,，是個極大的心理安慰,。
破解地面布站難題。衛(wèi)星導航系統(tǒng)實現(xiàn)對地面用戶的服務,，不僅要依靠天上的衛(wèi)星,，還要依靠地面的運行控制系統(tǒng)，也就是通常所說的地面站,，地面站要不斷對天上的衛(wèi)星進行軌道測量,，對軌道位置進行確定，才能將精確的導航數(shù)據(jù)投入實際應用,。中國無法像美國那樣在全球建立地面站,，“北斗三號”的另外一個創(chuàng)新設計，就是在衛(wèi)星和衛(wèi)星之間設計了星間鏈路,。北斗系統(tǒng)不僅攻克了星間鏈路等160余項關鍵核心技術,，還突破500余種器部件的國產(chǎn)化研制，實現(xiàn)了“北斗三號”衛(wèi)星核心器部件百分百國產(chǎn)化,。
“北斗+”全面開啟
“北斗三號”全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)一系列的創(chuàng)新設計,，讓北斗成為世界上功能最豐富的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，如今它已全面服務交通運輸,、公共安全、減災救災,、農(nóng)林牧漁,、城市治理等各行各業(yè)。未來,，北斗將與新一代通信,、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術深度融合,。大多數(shù)國產(chǎn)手機現(xiàn)在都已經(jīng)用上北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng),。把北斗芯片嵌入到汽車里，可以為未來的智能駕駛提供強有力的支持,；嵌入到高鐵,，可以為高鐵的穩(wěn)定運行提高效率；嵌入到農(nóng)業(yè)機械,，可以提升農(nóng)業(yè)機械的運作水平,、精細水平；嵌入到電力系統(tǒng),，可以讓電力系統(tǒng)時間同步更靠譜,；嵌入到整個交通管理，可以為一個城市交通管理的實時監(jiān)控,、疏導提供支撐,。北斗能為各行各業(yè)提供強有力的支持,。
2019年底北斗國產(chǎn)的兼容芯片、模塊銷量已經(jīng)突破了1億片,，衛(wèi)星導航定位終端總銷量已經(jīng)突破了4.6億臺套,，具有北斗兼容芯片的終端產(chǎn)品包含手機已經(jīng)超過了7億臺套，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)為之服務的企業(yè)單位數(shù)量,，目前已經(jīng)有14000多家,，從業(yè)人員已經(jīng)超過50萬了。
建成了北斗全球衛(wèi)星導航系統(tǒng),，只是中國定位導航授時系統(tǒng)建設的一個逗號,。下一步我們還要建設一個更加泛在、更加融合,、更加智能的綜合時空體系,，為國家經(jīng)濟社會的穩(wěn)定運行、長足發(fā)展,，提供更加堅韌,、更加連續(xù)、更加可靠,、更加穩(wěn)健的定位導航授時體系,。